细菌是生活在地球上每种环境中的主要生命形式。这也包括人的身体,在那里它们的数量超过了我们的细胞和基因, 杏耀娱乐平台怎么样,并以好的或坏的方式调节着我们的生存。细菌通常被看作是简单的单细胞生物。由于细菌很古老,人们普遍认为类细菌的单细胞生物是最早的生命。最近,一个国际研究小组发表在《分子生物学与进化》上的研究对这些观点提出了挑战。
在这篇论文中,研究人员使用进化工具来研究生物膜的生长,生物膜是细菌最常见的生活方式,其特征是细菌细胞在表面紧密聚集。“令人惊讶的是,我们发现细菌生物膜的发展可与动物胚胎的发生相媲美。这意味着细菌和我们一样是真正的多细胞生物。考虑到已知的最古老化石是细菌生物膜,很可能第一个生活也多细胞,而不是一个单细胞生物,被认为是到目前为止,“教授解释Tomislav Domazet-Lošo从Rudjer Boskovic研究所和天主教的克罗地亚萨格勒布大学领导了这项研究。
细菌生物膜的秘密生活
宏观生物,如动植物,从来都不是无菌的。它们的内外表面总是有细菌和其他微生物存在。然而,这些共生细菌只是占据了包括地壳地下栖息地在内的生物圈每一个角落的细菌多样性的一小部分。在所有这些位点,细菌细胞被局部组织成形态结构簇,称为生物膜。除了自然栖息地,生物膜在工业和生物医学环境中也极其重要,它们经常导致生物淤塞或对治疗有耐药性的持续感染。
一段时间以来,微生物学家已经认识到细菌细胞在生物膜中过着丰富的社会生活,然而,这些不同的相互作用是否构成了多细胞生物仍然是一个模糊的问题。研究动物发育过程中细胞集体行为的进化方法已经有了,但是没有人试图将这项技术从动物胚胎转移到细菌生物膜上。也许人们不舒服的挑战多细胞动物的特殊地位,这是文化上的,“强调Domazet-Lošo。
技术翻译
以前的工作Domazet-Lošo和他的团队关注进化基因组学和动物发展。他们证明了胚胎是进化的镜像,从而证实了150多年前的推测,即个体发生与动物的系统发生相似。为了得到这些发现,他们开发了一种名为基因组系统地层学的计算方法,该方法允许大规模地对基因和蛋白质进行进化年代测定。现在,杏耀资金他们与来自萨格勒布大学、查默斯大学和丹麦技术大学的研究人员一起,进一步改进了这个工具,以满足细菌的特殊需求。“我们生成第一phylostratigraphic地图的细菌和细菌在生物膜表型进化让我们联系信息,“继续Domazet-Lošo。
芽孢杆菌生物膜的行为像动物胚胎
为了给新的生物信息输送管道提供养分,研究人员对枯草芽孢杆菌的生物膜进行了采样。枯草芽孢杆菌是生物膜研究的一种模式生物,既栖息在土壤中,也栖息在人类肠道中。通过转录组测序和蛋白定量,他们建立了芽孢杆菌在生物膜生长过程中所有基因的转录本和蛋白表达水平。
“令人惊讶的是,我们发现进化中较年轻的基因越来越倾向于生物膜生长的较晚时间点。换句话说,我们发现芽孢杆菌的个体发生强烈地概括了系统发生。到目前为止,这些模式被认为是胚胎发展复杂的真核生物的签名”。强调Domazet-Lošo。研究小组随后循着这条线索,寻找生物膜中胚胎发生的其他特征,如阶段组织结构、多细胞基因的增加使用以及与形态变化的分子联系,令他们兴奋的是,他们也发现了这些特性。
对生物膜的控制
这些发现挑战了真核多细胞生物的特殊地位,杏耀平台并表明细菌比我们想象的更复杂。这项研究中开发的工具还可以帮助找到有效的生物膜控制程序——这是一个在工业和医药领域很大程度上尚未解决的问题。
“我们的研究结果表明,生物膜应该被视为一个多细胞个体,而不是一堆单个细胞。就像动物胚胎发生一样,每个发育阶段都有自己的特点。生物膜生长的关键过渡阶段现在可以通过我们检测到的特定阶段的基因来定位。这可能是一个改变游戏规则在治疗生物膜相关疾病和防止工业损失。”艾Domazet-Lošo。